•뇌의 구조

해부학적으로 뇌는 크게 대뇌, 소뇌, 뇌간의 3부분으로 구분되며 다시 뇌간은 간뇌, 중뇌, 교뇌, 연수의 4부분으로 구분된다. 이 중 대뇌는 감각과 수의운동 (마음대로 조절할 수 있는 운동)의 중추이며 기억이나 판단 등 정신활동의 중추이기도 하다. 대뇌의 바깥층은 신경세포핵이 모여 있어 회색을 띤다고 회백질이라 하고 안쪽 층은 신경섬유가 모여 있어 흰색이라 백질이라 불린다.

회백질은 대뇌피질, 기저핵 (운동기능의 조절과 관련), 변연계 (공포 등의 감정반응 담당하며 편도체, 해마등을 포함)를 포함하고 있다. 대뇌피질은 위치에 따라 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽의 네 개의 엽으로 구성되어 있다.

이 중 전두엽은 특별하다. 전두엽은 대뇌에서 가장 넓은 면적을 차지한다. 인간은 다른 동물들보다 크고 완전한 전두엽을 가지고 있으며 인간을 타 영장류와 구분해주는 핵심 기능인 통찰력을 관장한다.

통찰력은 작업기억 (working memory)에 의존하는데, 작업기억(working memory)은 우리가 흔히 아는 기억력과는 다른 기능이며 단기기억, 장기기억과 달리 작업기억은 저장되지 않고 순간적으로 정보를 의식적으로 처리하는 능력이다. 즉, 단기기억, 장기기억에 저장된 정보들을 꺼내서 잘 조합하고, 처리해서 원하는 것을 판단하고 행동하게 하는 능력이다. 컴퓨터로 비유하자면 하드디스크나 SSD가 뇌의 해마에 속하는 기억저장장치라면 작업기억은 RAM 메모리와 같이 켜져있는 동안 정보를 처리하고, 전원을 끄면 그 안의 정보는 사라져버리는 것과 같다. 뇌에서는 전전두엽(prefrontal area)에서 가장 많은 역할을 담당한다. 신경경제학에서 판단 (Decision making)에 가장 단골로 등장하는 부위가 바로 전전두엽이다.

전두엽은 일의 우선순위를 정하고, 지금 해야 하는 일을 여러가지 정보들을 잘 섞어서 처리하게 한다. 1956년 프린스턴 대학의 조지 밀러가 처음 소개한 개념으로 오래 지속되기보다 잠깐 동안 존재하다 사라지는 능력인데, 작업기억의 크기 차이가 지능의 60%를 설명하고 통찰력, 임기응변, 똑똑함, 스트레스에 대처하는 능력과 매우 밀접한 연관이 있다. 덕분에 우리는 스스로 무엇을 느끼고 생각하고 행동했는지 알 수 있고, 그에 따라 다음 계획을 세우는 능력을 갖게 되었다.

전두엽은 통찰력과 작업기억 뿐만 아니라 ‘운동을 시작하도록 신호를 주는’ 역할을 하는 일차운동피질이 존재한다. 일차운동피질은 움직임을 조절하는 기능을 하며 운동반응의 선택, 개시, 억제에 관여한다. 유명한 세계 복싱 챔피언이었던 무하마드 알리도 걸린 파킨슨병은 이 전두엽의 도파민 신경세포가 문제가 생겨 발생하는 병으로, 처음 움직이는 것은 무척 힘드나 한번 움직이기 시작하면 행동에 문제가 없다. 파킨슨 병에 걸리면 손이 벌벌 떨리고 보행 등에 문제가 생기며 말기에는 기억도 사라지는데 이를 파킨슨 치매라고 한다. 따라서 전두엽은 주의, 통제 등 집행기능뿐 아니라 운동 반응의 선택, 개시, 억제에도 관여한다.

인간이 특이한 또 다른 이유는 측두엽의 발달에 있다. 측두엽은 대뇌반구의 양쪽 가에 있는 부분으로 청각정보의 처리와 일차시각피질에서 유래한 정보가 도달해 색, 모양 등이 인지되며, 얼굴을 인식하는 세포도 존재한다. 특히 내측두엽 부분은 해마와 함께 기억형성에 주요한 역할을 수행한다.

해마는 단기기억이 장기기억으로 전환하는 프로세스와 일화기억 (Episodic memory), 장소에 대한 기억과 시차에 따른 기억 등을 관장할 뿐만 아니라 편도체와 연결되어 감정에 대한 기억을 전환하는 역할도 한다.

소뇌는 감각 인지의 통합과 운동근육의 조정과 제어에서 중요한 역할을 담당하는 뇌의 부분으로 골격근의 활동 조절을 하여 전두엽에서 세워진 운동계획(어떤 운동을 할지, 몇 가지 근육을 어떻게 사용해야 하는지)을 운동이 시작된 후 여러 활동이 계획대로 실현되도록 피드백 한다. 또한 소뇌는 근육운동, 평형감각 조절을 하며 소뇌가 없다면 땅에 있는 물건을 잡으려고 할 때 손이 엉뚱한 방향으로 가더라도 조절할 수 없고, 다리에 힘이 없어져서 서있지도 못한다.

뇌간 (brain stem)은 뇌와 척추를 이어주는 역할을 하며 다양한 감각정보와 운동정보를 매개한다. 무의식적인 여러 신체활동은 뇌간의 역할이며, 반사적인 운동이나 내장 기능 등의 중추이다. 특히 생명보존에 필수인 심장박동, 체온유지, 생식기능 조절, 삼투압과 음식섭취등을 조절한다.

따라서 뇌간이 있으면 기본적으로 삶을 유지할 수 있으나 대뇌반구와 소뇌가 있기 때문에 더 나은 삶을 살아갈 수 있는 것이다. 보통 우리가 말하는 ‘식물인간’은 뇌간은 정상적으로 작동하나 대뇌반구나 소뇌의 기능이 이상이 있어 생명은 있지만 삶을 살아가지는 못한다. 이처럼 뇌는 부위에 따라 다양한 역할과 기능이 있으며 각 부분에 문제가 생기면 행동과 인지에 문제가 생기거나 해당 기능을 온전히 수행하지 못하게 된다. 대뇌와 소뇌가 있기 때문에 우리가 인간으로서 살수 있지 않을까?

전성하

(현)부산광역시 투자통상 정책고문

(현)부산광역시 블록체인산업협회 감사

(현)엘에프에너지 대표이사

(전)서울대학교 뇌인지과학과 박사후 연구원